به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یکی از هیجان‌انگیزترین زمینه‌های این تحقیقات، بررسی سلول‌های بنیادی در شرایط بی‌وزنی یا میکروشناوری فضا است. سه مقاله علمی اخیر نشان می‌دهند که چگونه این سلول‌های شگفت‌انگیز در فضا رفتارهای متفاوتی از خود بروز می‌دهند و چگونه این یافته‌ها می‌توانند به بهبود سلامت فضانوردان و بیماران روی زمین کمک کنند.

سلول‌های بنیادی چیستند؟

سلول‌های بنیادی مانند جادوگران دنیای زیست‌شناسی هستند. این سلول‌ها توانایی تبدیل شدن به انواع مختلف سلول‌های بدن، از سلول‌های عصبی گرفته تا سلول‌های قلبی یا استخوانی را دارند. به همین دلیل، از آن‌ها در درمان بیماری‌های مختلف، از سرطان گرفته تا آسیب‌های نخاعی، استفاده می‌شود. دو نوع سلول بنیادی که در این مقالات بررسی شده‌اند عبارتند از:

سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs): این سلول‌ها از سلول‌های بالغ بدن، مثل پوست یا خون، گرفته می‌شوند و با روش‌های خاصی به حالت اولیه و پرتوان بازمی‌گردند. این ویژگی آن‌ها را به ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی بیماری‌ها و آزمایش درمان‌های جدید تبدیل کرده است.

سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs): این سلول‌ها در سیستم عصبی مرکزی نقش دارند و می‌توانند به انواع سلول‌های عصبی، مانند نورون‌ها یا سلول‌های پشتیبان مغز، تبدیل شوند. آن‌ها برای ترمیم آسیب‌های مغزی و نخاعی بسیار مهم هستند.

چرا فضا برای مطالعه سلول‌های بنیادی جذاب است؟

فضا محیطی منحصربه‌فرد است که به دلیل نبود گرانش، شرایطی کاملاً متفاوت با زمین فراهم می‌کند. این شرایط، که به آن میکروشناوری می‌گویند، روی رفتار سلول‌ها تأثیرات جالبی دارد. برای مثال، در فضا سلول‌ها می‌توانند به‌صورت سه‌بعدی رشد کنند، شبیه به آنچه در بدن انسان اتفاق می‌افتد. این ویژگی به دانشمندان کمک می‌کند تا مدل‌های دقیق‌تری از بافت‌های انسانی بسازند. علاوه بر این، میکروشناوری باعث می‌شود برخی فرآیندهای زیستی، مثل پیری یا بیماری‌های تخریبی، سریع‌تر رخ دهند. این موضوع به پژوهشگران امکان می‌دهد تا اثرات بلندمدت بیماری‌ها را در زمان کوتاه‌تری مطالعه کنند.

مقاله اول: طراحی بهتر برای کشت سلول‌های بنیادی مزانشیمی

یکی از مقالات به بررسی چگونگی بهینه‌سازی فرآیند کشت سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) می‌پردازد. این سلول‌ها معمولاً از مغز استخوان یا بافت چربی گرفته می‌شوند و در درمان بیماری‌هایی مثل آرتروز یا آسیب‌های قلبی کاربرد دارند. اما کشت این سلول‌ها در آزمایشگاه چالش‌هایی دارد، زیرا شرایط محیطی مثل دما، مواد مغذی و pH باید دقیقاً کنترل شوند.

محققان در این مطالعه از روشی به نام «فضای طراحی» استفاده کردند که به آن‌ها کمک می‌کند بهترین شرایط برای رشد این سلول‌ها را پیدا کنند. آن‌ها با استفاده از مدل‌های ریاضی و بازه‌های پیش‌بینی، شرایطی را تعیین کردند که سلول‌ها در آن حداکثر رشد و کیفیت را داشته باشند. این کار شبیه به پیدا کردن بهترین دستور پخت برای یک کیک است: باید مقدار دقیق هر ماده و زمان پخت را بدانید تا نتیجه عالی شود.

این یافته‌ها نه‌تنها به تولید سلول‌های بنیادی با کیفیت بالا برای درمان‌های پزشکی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند در فضا هم کاربرد داشته باشد. در مأموریت‌های فضایی طولانی، مثل سفر به مریخ، فضانوردان ممکن است به سلول‌های بنیادی برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده نیاز داشته باشند. این مطالعه راه را برای تولید این سلول‌ها در محیط‌های محدود فضایی هموار می‌کند.

مقاله دوم: سلول‌های پرتوان القایی در فضا

مقاله دوم به بررسی سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSCs) در محیط میکروشناوری ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) می‌پردازد. این سلول‌ها به دلیل توانایی تبدیل شدن به هر نوع سلول بدن، برای پزشکی بازساختی بسیار ارزشمند هستند. اما پژوهش در فضا با چالش‌های زیادی همراه است، مثل محدودیت تجهیزات و زمان فضانوردان.

دانشمندان در این مطالعه نشان دادند که سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی در فضا رفتارهای متفاوتی دارند. برای مثال، وقتی این سلول‌ها به قلب‌مانند (کاردیومیوسیت) تبدیل شدند، در میکروشناوری رشد سریع‌تری داشتند و کیفیت بهتری نشان دادند. این موضوع می‌تواند به تولید سلول‌های قلبی بهتر برای درمان بیماری‌های قلبی روی زمین کمک کند. همچنین، آن‌ها دریافتند که میکروشناوری باعث تشکیل ساختارهای سه‌بعدی پیچیده‌تر می‌شود که شبیه‌تر به بافت‌های واقعی بدن هستند.

یکی از نکات جالب این پژوهش، حل مشکلات اخلاقی است. در گذشته، استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی نگرانی‌هایی ایجاد می‌کرد، اما بنیادی پرتوان القایی انسانی از سلول‌های بالغ گرفته می‌شوند و این مشکل را برطرف می‌کنند. این مطالعه نشان داد که حتی در فضا هم می‌توان این سلول‌ها را با موفقیت کشت و مهندسی کرد، مثلاً با وارد کردن DNA به آن‌ها برای اهداف درمانی.

چالش‌های این پژوهش شامل محدودیت‌های تجهیزات در فضا بود. مثلاً، بشقاب‌های کشت معمولی در میکروشناوری کارایی ندارند، چون مایعات ممکن است شناور شوند. برای حل این مشکل، محققان از بشقاب‌های کوچک‌تر (96-چاهی) یا دستگاه‌های بسته استفاده کردند. این نوآوری‌ها راه را برای آزمایش‌های بیشتر در فضا باز کرده است.

مقاله سوم: استرس سلول‌های بنیادی عصبی در فضا

مقاله سوم به بررسی تأثیر پرواز فضایی بر سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs) می‌پردازد. این سلول‌ها در مأموریت BioScience-4 با کپسول SpaceX به ایستگاه فضایی فرستاده شدند و 39 روز در میکروشناوری ماندند. وقتی به زمین بازگشتند، دانشمندان رفتار آن‌ها را با میکروسکوپ‌های پیشرفته بررسی کردند.

آن‌ها دریافتند که برخی از این سلول‌ها پس از بازگشت به زمین، رفتاری شبیه به «اتوفاژی» نشان می‌دادند. اتوفاژی فرآیندی است که سلول‌ها مواد زائد خود را بازیافت می‌کنند، اما در شرایط استرس ممکن است به مرگ سلول منجر شود. این رفتار به دلیل استرس ناشی از میکروشناوری بود. جالب‌تر اینکه وقتی مایع ترشح‌شده (سکرتوم) از این سلول‌های فضایی به سلول‌های معمولی اضافه شد، آن‌ها هم استرس و اتوفاژی بیشتری نشان دادند.

تحلیل سکرتوم نشان داد که پروتئینی به نام SPARC در این سلول‌ها به مقدار زیاد تولید شده است. این پروتئین با استرس شبکه آندوپلاسمی (ER) مرتبط است و می‌تواند باعث مرگ سلول شود. این یافته مهم است، چون ممکن است توضیح دهد چرا فضانوردان پس از مأموریت‌های طولانی دچار مشکلاتی مثل فشار داخل‌جمجمه‌ای می‌شوند. افزایش تعداد سلول‌های بنیادی عصبی در مغز ممکن است حجم مغز را کمی افزایش دهد و به این مشکلات منجر شود.

این مطالعه همچنین به تأثیر تابش‌های کیهانی در فضا اشاره کرد. این تابش‌ها می‌توانند به سلول‌ها آسیب بزنند و استرس آن‌ها را افزایش دهند. محققان معتقدند که با تنظیم پروتئین SPARC، می‌توان این اثرات را کاهش داد و سلامت فضانوردان را در مأموریت‌های طولانی بهبود بخشید.

کاربردهای این اکتشافات

این سه مطالعه نشان می‌دهند که فضا آزمایشگاهی بی‌نظیر برای مطالعه سلول‌های بنیادی است. یافته‌های آن‌ها کاربردهای گسترده‌ای دارند:

سلامت فضانوردان: میکروشناوری به سلول‌ها استرس وارد می‌کند، مثل کاهش توده عضلانی یا استخوانی. با استفاده از سلول‌های بنیادی، می‌توان درمان‌هایی برای این مشکلات طراحی کرد. مثلاً، سلول‌های hiPSCs می‌توانند برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده در فضا استفاده شوند.

درمان بیماری‌ها روی زمین: میکروشناوری پیری و بیماری‌های تخریبی را شبیه‌سازی می‌کند. این به دانشمندان کمک می‌کند تا درمان‌هایی برای بیماری‌هایی مثل پوکی استخوان، بیماری‌های قلبی یا آلزایمر سریع‌تر توسعه دهند.

تولید مواد زیستی جدید: فضا امکان تولید موادی را فراهم می‌کند که روی زمین ممکن نیست. برای مثال، ساختارهای سه‌بعدی پیچیده یا پروتئین‌های خاص می‌توانند در فضا ساخته شوند و در پزشکی استفاده شوند.

پیشرفت فناوری: این پژوهش‌ها فناوری‌های جدیدی مثل بشقاب‌های کشت مخصوص فضا یا روش‌های مهندسی ژنتیک در میکروشناوری را معرفی کرده‌اند که در زمین هم کاربرد دارند.

چالش‌ها و آینده

پژوهش در فضا آسان نیست. تجهیزات محدود، زمان کم فضانوردان، حباب‌های شناور در کشت سلولی و تابش‌های کیهانی تنها بخشی از مشکلات هستند. علاوه بر این، هماهنگی بین دانشمندان رشته‌های مختلف، مثل زیست‌شناسی و مهندسی هوافضا، نیاز به همکاری دقیق دارد. اما شرکت‌های خصوصی مثل SpaceX و Axiom Space در حال آسان‌تر کردن این فرآیند هستند. آن‌ها ایستگاه‌های فضایی تجاری و فضاپیماهای جدید می‌سازند که فرصت‌های بیشتری برای پژوهش فراهم می‌کنند.

در آینده، انتظار می‌رود که ایستگاه‌های فضایی تجاری، مثل Haven-1 که قرار است در سال 2026 پرتاب شود، آزمایش‌های بیشتری را ممکن کنند. این پیشرفت‌ها نه‌تنها به سلامت فضانوردان کمک می‌کنند، بلکه می‌توانند پزشکی روی زمین را متحول کنند. تصور کنید روزی بتوانیم قلب یا مغز جدیدی از سلول‌های بنیادی در فضا بسازیم و آن را برای درمان بیماران استفاده کنیم!

نتیجه‌گیری

سلول‌های بنیادی و فضا دو دنیای به‌ظاهر متفاوت هستند که حالا در کنار هم قرار گرفته‌اند تا آینده پزشکی را بسازند. از بهینه‌سازی کشت سلول‌ها گرفته تا کشف پروتئین‌های جدید و تولید بافت‌های سه‌بعدی، این پژوهش‌ها نشان می‌دهند که آسمان دیگر محدودیت نیست. با ادامه این اکتشافات، نه‌تنها فضانوردان برای سفرهای طولانی آماده‌تر می‌شوند، بلکه بیماران روی زمین هم از درمان‌های نوآورانه بهره‌مند خواهند شد. فضا نه‌فقط مقصدی برای کاوش است، بلکه آزمایشگاهی برای نجات جان انسان‌هاست.

پایان مطلب./